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Verfahren zum Betreiben einer oder mehrerer magnetisch-induktiver
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~ Meßso-en Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
oder mehrerer magnetisch-induktiver Meßsonden zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
elektrisch leitfähiger strömender Medien mit Je einem metallischen Kern mit einer
auf diesem liegenden Wicklung zum Erzeugen eines durch das strömende Medium durchtretenden
elektromagnetischen Feldes, und mit Je zwei im Bereich dieses Feldes unter gegenseitigem
Abstand in das strömende Medium eintauchenden Elektroden und mit einer an diese
angeschlossenen Meßeinrichtung.
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Meßsonden dieser Art sind bekannt. Ein Beispiel wird in dem DE-Gbm
8 026 844 beschrieben. Bei den Medien, deren Strömungsgeschwindigkeit sie messen,
handelt es sich im allgemeinen um Flüssigkeiten, wie Abwässer, basische und saure
Laugen oder andere Flüssigkeiten, wie sie in der chemischen Industrie in einer Anlage
von einem Ort zu einem anderen" strömen. Zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
dieser Flüssigkeiten werden die Meßsonden an einem die Flüssigkeit führenden Rohr,
Kanal oder dergleichen angebracht. In diesem erzeugt die Meßsonde ein elektromagnetisches
Feld. In diesem verhält sich die Flüssigkeit wie ein sich bewegender elektrischer
Leiter.
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Diese wird mit den beiden in sie eintauchenden Elektroden abgegrS;
fen. Die Spannung wird der Meßeinrichtung zugeführt und dort ausgewertet. Die Meßeinrichtung
kann in Einheiten der Strömungsgeschwindigkeit geeicht werden.
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Zum Betrieb der magnetisch-induktiven Meßsonden hat man beim Stand
der Technik an deren Wicklungen, im folgenden Geber genannt, eine Wechselspannung
mit einer bestimmten Frequenz und Kurvenform angelegt.
Die mit den
Elektroden abgegriffene Spannung hat man dann, bevor sie der Meßeinrichtung zugeführt
wurde, entweder gleichgerichtet und damit einen Mittelwert gebildet oder die Amplituden
in gleichen, über Je eine Periode verteilten Zeitabständen ausgetastet. Bei diesem
Austasten ging man in der Regel so vor, daß zum Beispiel während der ersten halben
Periode ein positiver und während der zweiten halben Periode ein negativer Amplitudenwert
getastet wurde. Die absoluten Beträge dieser beiden Amplitudenwerte wurden dann
in Jeder Periode addiert.
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Bei diesen bekannten Verfahren wurde der Geber damit während des gesamten
Zeitraumes einer Periode, wenn auch mit veränderlicher Spannung, beaufschlagt. Die
mit den Elektroden abgegriffene Spannung wurde weiter gleichmäßig innerhalb Jeder
Periode ausgewertet.
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Daraus ergeben sich beim Stand der Technik mehrere Nachteile: 1. Die
für das Betreiben einer Meßsonde erforderliche elektrische Leistung ist verhältnismäßig
hoch. Bei tragbaren Geräten mit Batteriespeisung ist dies besonders ungünstig. Auch
treten Verluste und damit eine Erwärmung in dem Umformer, der die Batterie- in die
Betriebsspannung für die Meßsonde umwandelt, und in dem Geber auf.
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2. Die mit niederfrequenten Spannungen betriebenen Meßsonden sind
sehr störanfällig. Fremdspannungen, die die Meßeinrichtung beeinflussen können,
liegen häufig im niederfrequenten Bereich.
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Weiter können Flüssigkeiten, deren Strömungsgeschwindigkeit mit einer
niederfrequenten Periode schwankt, Meßfehler verursachen.
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3. Die Möglichkeit, mehrere Geber im Zeitmultiplexbetrieb aus einer
einzigen Spannungsquelle zu speisen und die an den zahlreichen Elektroden abgegriffenen
Spannungen einer einzigen Meßeinrichtung zuzuführen, scheidet aus.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Meßsonde so auszubilden, daß die erforderliche
Leistung stark herabgesetzt und
ein Zeitmultiplexbetrieb möglich
wird. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs
genannten Gattung vor, daß die Wicklung mit einer Impulsfolge, vorzugsweise Rechteckimpulsen,
mit einestellbarer Impulsbreite und einstellbarer Impulsfolgefrequenz beaufschlagt
wird.
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Es leuchtet ein, daß damit die erforderliche Leistung herabgesetzt
wird. Schon auf der Geberseite wird die Spannung nur dann zugeführt, wenn sie auf
der Seite der Meßeinrichtung von dieser ausgewertet wird. Weiter lassen sich die
eher Wicklung bzw. einem Geber zugeführten Impulse in die Lücken zwischen den einem
anderen Geber zugeführten Impulsen einspeisen.
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Sowohl die Impulsbreite als auch die Impulsfolgefrequenz werden vorzugsweise
manuell in Stuien verändert. Damit kann die Meßeinrichtung optimal an die Meßautgabe
angepaßt werden. Für die Wahl der Impulsbreite und -folgefrequenz können unter anderem
folgenden folgende Umstände eine Rolle spielen: Bei Verwendung der Meßsonde in einem
Regelkreis mit kurzen Regelzeiten oder bei Flüssigkeiten mit pulsierender Strömungsgeschwin
digkeit wird eine kurze Reaktionszeit der Sonde verlangt. Entsprechend wird eine
höhere Impulsfolgefrequenz gewählt. Falls jedoch eine niedrige Leistungsaufnahme
wichtig ist oder mehrere Geber im Zeitmultiplexbetrieb mit Spannung beaufschlagt
schlag werden sollen, wird eine niedrige Impulsfolgefrequenz gewählt.
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Für die Wahl der Impulsbreite ist unter anderem die Induktivität des
Gebers, da diese die Flankensteilheit der Impulse beeinflußt, und die Leitfähigkeit
der Flüssigkeit wichtig. Bei großen Induktivitäten wird man breite Impulse verwenden.
Gleiches gilt bei FlUssigkeiten mit geringer Leitfähigkeit. Bei hohen Kapazitäten
der Meßleitungen wird man ebenfalls breite Impulse verwenden. Breite Impulse enthalten
weniger höherfrequente Spannungsanteile, die bei hohen Leitungskapazitäten nur zu
Verlusten führen. Auch bei Flüssigkeiten mit metallisch hoher Leitfähigkeit wird
man breite Impulse verwenden, da die Wirbelstromverluste dann aus den gleichen Gründen
niedrig liegen.
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Umgekehrt wird man bei Strömungen mit einem Gehalt von verhältnismäßig
großen Feststoffteilchen schmale Impulse verwenden. Beim Anstoßen der Feststoffteilchen
an die Elektroden wird deren Gleichspannungspotential sprunghaft geändert. Entsprechend
treten starke Schwankungen in der der Meßeinrichtung zugeführten Spannung auf.
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Die mit schmalen Impulsen erzielbare schnelle Meßwerterfassung verbessert
auch den Signal-Stör-Abstand. Dies ergibt sich daraus, daß das Nutzsignal bei schmalen
Impulsen einen hohen Anteil von hochfrequenten Schwingungen enthält, während das
Störsignal einen großen Anteil von niederfrequenten Schwingungen enthält.
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DarUber hinaus läßt sich die Amplitude des Nutzsignales dadurch vergrößern,
daß man die Amplitude der dem Geber zugeführten Spannung verhältnismäßig hoch wählt,
ohne daß dadurch die Leistungsaufnahme und die Verluste im Spannungswandler und
im Geber zunehmen. Zu diesem Zweck wird man einfach den Impulsabstand bei Zunahme
der Amplitude vergrößern.
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Die obigen Beispiel zeigen, welche Vorteile die erfindungsgemäß mögliche
Änderung von Impulsfolge und -breite bringen. Besondere Vorteile ergeben sich dabei
bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Meßsonden mit kleinen metallischen
Kernen und damit geringer Induktivität ihrer Geber. Eine solche Meßsonde wird in
dem bereits genannten DE-Gbm 8 026 844 beschrieben. Hier ermöglicht die geringe
Induktivität des Gebers kurze Stromanstiegszeiten. Dies läßt kurze Impulsbreiten
zu. Diese sind wieder, wie oben ausgeführt, bei bestimmten Anwendungen erforderlich.
Auch können die Sonden mehrerer Geber zum Beispiel dann von einer einzigen Spannungsquelle
im Zeitmultiplexbetrieb gespeist werden, falls bei der Unsymmetrie von Strömungsprofilen
ein Mittelwert gebildet werden soll. Die Geber können dabei parallel oder in Reihe
geschaltet sein. Die Impulsbreite wird dann entsprechend der Summe der Induktivitäten
sämtlicher Geber bestimmt.
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Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Kurvenverläufe und Schaltungsanordnungen
wird die Erfindung nun weiter erläutert.
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In der Zeichnung ist:
Fig, 1 ein Schaubild mit der
Darstellung möglicher Impulsformen und Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zum erfindungsgemäßen Erzeugen der Speisespannung für einen Geber.
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Zu der in Fig. 1 gezeigten Impulsfolge sei gesagt, daß diese mit der
Netzspannung synchronisiert wird, um sich aus der Netzfrequenz ergebende Störungen
auszuschalten.
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Fig. 2 zeigt eine aus logischen Elementen aufgebaute Schaltungsanordnung.
In einfacher Weise werden diese vor Ort durch Stecker so miteinander verbunden bzw.
verknüpft, daß die gewtinschte Impulsbreite und -iolgefrequenz entsteht. Letzteres
geschieht dadurch, daß von einer bestimmten Anzahl X von lückenlos hintereinander
entstehenden Impulsen eine Anzahl Y unterdrückt wird.
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Die in Fig. 1a) gezeigten bipolaren Impulse sind hier in folgender
Weise einstellbar: Impulsbreite ImPulsfolgefrequenz 40 ms von 16 Impulsen werden
15 unterdrückt 80 ms von 8 Impulsen werden 7 unterdrückt 160 ms von 4 Impulsen werden
3 unterdrückt 320 ms von 2 Impulsen wird 1 unterdrückt